JP2012016677A - 除害装置及び除害システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電極の長寿命化を図りつつプラズマ中でのガスの酸化を促進することの可能な除害装置及び除害システムを提供する。
【解決手段】給水管３１より給水されたＨ2Ｏに対しバブル発生装置３３より多数の細かい粒状の気泡３５が混入される。Ｈ2Ｏはパイプ２３を堰として溢れ、その後、パイプ２３の内側を伝ってほぼ均一に自然落下する。このとき、気泡３５はカソード電極２７の位置する付近ではＨ2Ｏから外に飛散し難く、一方、パイプ２３の内側を伝って流れるＨ2Ｏに含まれている空気又はＯ2は、内側貯留槽４２に至るまでの過程で徐々に外部に飛散する。このとき、プラズマの周囲にプラズマの流れと並行した水膜４１が形成されているため、広範囲に亙ってＯ2と接触され、ＰＦＣガスが酸化される。
【選択図】図１
【解決手段】給水管３１より給水されたＨ2Ｏに対しバブル発生装置３３より多数の細かい粒状の気泡３５が混入される。Ｈ2Ｏはパイプ２３を堰として溢れ、その後、パイプ２３の内側を伝ってほぼ均一に自然落下する。このとき、気泡３５はカソード電極２７の位置する付近ではＨ2Ｏから外に飛散し難く、一方、パイプ２３の内側を伝って流れるＨ2Ｏに含まれている空気又はＯ2は、内側貯留槽４２に至るまでの過程で徐々に外部に飛散する。このとき、プラズマの周囲にプラズマの流れと並行した水膜４１が形成されているため、広範囲に亙ってＯ2と接触され、ＰＦＣガスが酸化される。
【選択図】図１
Description
本発明はＰＦＣガスを無害なガスに分解する除害装置及び除害システムに係わり、特に電極の長寿命化を図りつつプラズマ中でのガスの酸化を促進することの可能な除害装置及び除害システムに関する。
半導体素子の製造工程では、化学気相反応を利用して成膜するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理やエッチング処理等が行われ、プロセスチャンバにおいて各種のガスが使用されている。
そして、このプロセスチャンバから化学気相反応等を経て発生する排ガスは、有害なＣＦ4（フロン１４）やＣ4Ｆ8（フロン３１８）などのＰＦＣガス（パーフロロカーボン：地球温暖化ガス）が含まれている。このＰＦＣガスは極めて安定なため、分解されずに大気中に放出されると環境に対して害が大きい。
このため、図４に示すように、プロセスチャンバ１には、この有害な排ガスを除去するべく真空引きのためにターボ分子ポンプ３及びドライポンプ５が直列に接続されている。そして、ドライポンプ５で運転開始時にある程度真空引きした後に、更にターボ分子ポンプ３で必要な低圧にまで真空引きするように構成されている。
ドライポンプ５から出力された有害な排ガスは、除害装置７を通りセントラルスクラバー９に至るようになっている。このとき、排ガスは、セントラルスクラバー９により多少の減圧をされつつ除害装置７内に誘導される。そして、除害装置７では、例えば、プラズマによりＰＦＣガスを無害なＣＯ2やＨＦ（フッ化水素）に分解するようになっている。その後、発生したＨＦはＨ2Ｏ（水）に溶かされた上で外部に排出される。
ところで、このプラズマ処理の工程でＰＦＣガスやＨ2ガスを酸化によりＣＯ2やＨ2ＯやＨＦに分解するためには、Ｏ2をＨ2Ｏの形で供給するだけでは足りず、別途相当量のＯ2が必要である。このため、特許文献１では、除害装置７の入力側から配管１１を介してＯ2を供給する例が開示されている。
ところで、この除害装置７の排ガスの入力される側には構造上プラズマ発生のためのカソード電極が存在する。このカソード電極の材質は寿命の観点から例えばＣｕ−Ｗ合金（カッパー・タングステン）が採用されている。
従って、除害装置７の入力側からＯ2が供給されると、カソード電極はＯ2に晒される確率が増え、酸化される恐れが高い。カソード電極は酸化されるとスパッタリングされてしまう。その結果として、電極の寿命が短くなる恐れがあった。
また、従来はＨ2Ｏを電気分解してＯ2を供給する方法も採用されているが、これだとＯ2の生成と等量のＨ2が生成されてしまい、Ｈ2の除害が出来ない。他のガスとの同時処理により、Ｈ2の濃度が高くなると、例えば４％程度で発火する恐れもある。
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、電極の長寿命化を図りつつプラズマ中でのガスの酸化を促進することの可能な除害装置及び除害システムを提供することを目的とする。
このため本発明（請求項１）の除害装置は、吸入されたＰＦＣガスを含む排ガスをプラズマにより酸化することで無害化する除害装置であって、アノード電極とカソード電極間に高電圧を印加して常圧中でプラズマを生成するプラズマ発生手段と、Ｈ2Ｏに対し空気又はＯ2の気泡を混入する気泡混入手段とを備え、前記プラズマ発生手段により発生されたプラズマの周囲に前記気泡の混入されたＨ2Ｏが接触することで前記排ガスが酸化促進されることを特徴とする。
Ｈ2Ｏに対し空気又はＯ2の気泡を混入したので、電極の周囲付近では水中から気泡が飛散し難く、従来のようにＯ2が直接電極に反応するといったようなことは無くなる。従って、電極が消耗され難く長寿命化を図ることができる。これにより、除害装置のランニングコストを低くすることができる。
一方、Ｈ2Ｏに含まれている空気又はＯ2は、プラズマの周囲で接触されるため、ＰＦＣガスはＨ2Ｏ及びＯ2を媒体として酸化される。
ラジカル化されたＣ，Ｆ，ＨにはＨ2Ｏに含まれている空気又はＯ2により十分なだけのＯ2が供給される。その結果、吸入されたＰＦＣガスを含む排ガスをプラズマにより酸化促進して無害なＣＯ2やＨＦに分解することができる。
ラジカル化されたＣ，Ｆ，ＨにはＨ2Ｏに含まれている空気又はＯ2により十分なだけのＯ2が供給される。その結果、吸入されたＰＦＣガスを含む排ガスをプラズマにより酸化促進して無害なＣＯ2やＨＦに分解することができる。
このことにより、排ガスを高分解率で処理できる。従来はＨ2ＯからＨ2を発生させて利用したりしていたが、このような処理を適用することなく、プラズマ反応部分にＯ2を供給できる。
なお、排ガスに含まれる他の成分であるＨ2とＣＯについても、Ｈ2Ｏに含まれている空気又はＯ2の十分な供給により、同様にそれぞれ無害なＨ2Ｏ、ＣＯ2として排出可能である。このため、ＣＯ処理のための特別な除害装置は不要である。また、除害装置で用いられるプラズマは常圧プラズマであるため、除害装置の設置が容易である。
また、本発明（請求項２）の除害装置は、前記カソード電極より前記アノード電極方向に向けて所定長分離れた位置より前記アノード電極に至るまで、又は、前記カソード電極より前記アノード電極方向に向けて所定長分離れた位置より前記アノード電極の手前所定長分に至るまで、前記プラズマの周囲を囲むように設けられたプラズマ貫通路を備え、前記気泡の混入されたＨ2Ｏが該プラズマ貫通路の内表面を水膜状に流れることを特徴とする。
プラズマ貫通路はパイプ若しくは壁等で構成可能である。カソード電極付近には、空気又はＯ2の気泡を含む水膜が存在しないように構成したので、Ｏ2が直接電極に反応するといったようなことは無い。
また、プラズマの周囲にプラズマの流れに並行した水膜が形成されるため、広範囲に亙ってプラズマが水膜を形成するＨ2Ｏ及びこの水膜から飛散した空気又はＯ2とに接触しＰＦＣガスを酸化可能である。
更に、本発明（請求項３）の除害システムは、請求項１又は請求項２記載の除害装置の上流側にプロセスチャンバより真空引きするための真空ポンプ及びドライポンプが備えられたことを特徴とする。
ドライポンプより排出されるＮ2についても酸化によりＮＯxが生成され、更なるＯ2が必要とされるが、十分なだけの空気又はＯ2がＨ2Ｏに混入されているため、一層の無害化に貢献できる。
以上説明したように本発明によれば、Ｈ2Ｏに対し空気又はＯ2の気泡を混入する気泡混入手段を備え、プラズマの周囲に気泡の混入されたＨ2Ｏが接触することで排ガスが酸化促進されるように構成したので、電極が消耗され難く長寿命化を図ることができる。これにより、除害装置のランニングコストを低くすることができる。
一方、Ｈ2Ｏに含まれている空気又はＯ2は、プラズマの周囲で接触されるため、ＰＦＣガスはＨ2Ｏ及びＯ2を媒体として酸化される。その結果、無害なＣＯ2やＨＦに分解することができる。このことにより、排ガスを高分解率で処理できる。なお、除害装置で用いられるプラズマは常圧プラズマであるため、除害装置の設置が容易である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態である除害装置の縦断面図を図１に、また、図１中のＡ−Ａ矢視断面図を図２に示す。図１及び図２の除害装置１７において、外周が円筒状のケース２１のケース底面２１ａからは絶縁体からなる円筒状のパイプ２３が立設されている。パイプ２３の径はプラズマの通り易い大きさに設定されている。
そして、このケース底面２１ａの中心にはアノード電極２５が取り付けられている。このアノード電極２５の周囲には絶縁材２６が巻かれている。
一方、ケース上面２１ｂには、このアノード電極２５に対峙してカソード電極２７が取り付けられている。そして、パイプ２３の高さは、パイプ２３の上端がカソード電極２７の下端よりも下方となるように形成されている。
一方、ケース上面２１ｂには、このアノード電極２５に対峙してカソード電極２７が取り付けられている。そして、パイプ２３の高さは、パイプ２３の上端がカソード電極２７の下端よりも下方となるように形成されている。
ケース上面２１ｂには、この除害装置１７の上流側に配設されたドライポンプ５から排出された排ガスが導入される管路２９が取り付けられている。一方、図２に示すように、ケース２１のケース側壁２１ｃには給水管３１が接続されている。
給水管３１の途中にはバブル発生装置３３より生成された多数の気泡３５が混入されるようになっている。気泡３５は空気又はＯ2である。ケース側壁２１ｃとパイプ２３の間には円筒状の外側貯留槽４０が形成され、給水管３１から吸入されたＨ2Ｏが一時貯留されるようになっている。
気泡３５の混入されたＨ2Ｏは、パイプ２３の上端を堰として少しずつ溢れ出て表面張力により膜状にパイプ２３の内側を伝って自然落下するようになっている。パイプ２３の内側には内側貯留槽４２が形成され、その下部にはこの自然落下したＨ2Ｏが一時溜まるようになっている。
この一時溜められたＨ2Ｏにはプラズマ処理の結果生成されたＨＦが溶け、その後、図示しない排水管により外部に排水されるようになっている。給水管３１の高さはパイプ２３の高さよりも低く形成されている。図示しない高電圧源によりカソード電極２７とアノード電極２５の間にはプラズマが発生されるようになっている。
次に、本発明の実施形態の作用を説明する。
かかる構成によれば、セントラルスクラバー９により多少の減圧をされることで、ＰＦＣガスを含む排ガスが管路２９を通じて除害装置１７内に誘導される。
かかる構成によれば、セントラルスクラバー９により多少の減圧をされることで、ＰＦＣガスを含む排ガスが管路２９を通じて除害装置１７内に誘導される。
給水管３１より給水されたＨ2Ｏに対しバブル発生装置３３より多数の細かい粒状の気泡３５が混入される。
このとき、Ｈ2Ｏは外側貯留槽４０内に少しずつ増えていくので、増えた分ずつパイプ２３を堰として溢れ、その後、パイプ２３の内側を伝ってほぼ均一に自然落下する。このとき、気泡３５はＨ2Ｏに含有されているため、カソード電極２７の位置する付近ではＨ2Ｏから外に飛散し難く素通りし、空気又はＯ2が従来のようにカソード電極２７と反応することはない。
従って、カソード電極２７が酸化されず、電極が消耗され難いので長寿命化を図ることができる。従って、除害装置１７のランニングコストを低くすることが可能である。
一方、パイプ２３の内側を伝って流れるＨ2Ｏに含まれている空気又はＯ2は、内側貯留槽４２に至るまでの過程で徐々に外部に飛散する。このとき、プラズマの周囲にプラズマの流れと並行した水膜４１が形成されているため、広範囲に亙ってプラズマと水膜４１から飛散した空気又はＯ2とが接触可能である。
このとき、プラズマの雰囲気中では数１のようにＰＦＣガスの酸化が促進される。
このとき、プラズマの雰囲気中では数１のようにＰＦＣガスの酸化が促進される。
このプラズマと水膜４１との間でのＰＦＣガスを酸化可能な領域が反応部となる。
プラズマによりラジカル化されたＣ，Ｆ，Ｈの各成分にはＨ2Ｏに含まれている空気又はＯ2により十分なだけのＯ2が供給される。この酸化促進の結果、ＰＦＣガスを含む排ガスは無害なＣＯ2やＨＦに分解される。そして、生成されたＨＦはＨ2Ｏに溶かされた形で排水管より外部に排水される。
また、ドライポンプ５からは上記ガス以外にＮ2の排出されることもある。このＮ2についても、酸化によりＮＯxに変換されるというように更なるＯ2が必要とされるが、十分なだけの空気又はＯ2がＨ2Ｏに混入されているため、一層の無害化に貢献できる。
このように、空気又はＯ2の気泡３５としてＯ2を供給したことにより、排ガスを高分解率で処理できる。従来はＨ2ＯからＨ2を発生させて利用したりしていたが、このような処理を適用することなく、プラズマ反応部分にＯ2を供給できる。
なお、ＰＦＣガス以外にＨ2とＣＯについても、Ｈ2Ｏに含まれている空気又はＯ2の十分な供給により、同様にそれぞれ無害なＨ2Ｏ、ＣＯ2として排出可能である。このため、ＣＯ処理の除害装置は不要である。又、Ｈ2Ｏを使っての処理と異なり、Ｈ2処理時に等量或いはそれ以上のＨ2発生は無い。
また、除害装置１７で用いられるプラズマは常圧プラズマであるため、除害装置の設置が容易である。
また、除害装置１７で用いられるプラズマは常圧プラズマであるため、除害装置の設置が容易である。
なお、本実施形態では、パイプ２３がケース底面２１ａから立設されているとして説明したが、図３の除害装置４７に示すように、ケース側壁２１ｃ中段の内側にほぼ円筒状に突設された樹脂からなる壁部４４のように形成されてもよい。プラズマは、この円筒状の壁部４４の中心に形成された隙間を貫通する。
この場合、給水管５０から気泡３５の混入したＨ2Ｏが、壁部４４の表面を伝って上部から下部に向けて表面張力により水膜４８のように自然落下する。なお、給水管５０はケース側壁２１ｃの複数箇所に均等に配置されることが望ましい。
落下したＨ2ＯはＨＦが溶けた状態でケース２１の底部に形成された底部貯留槽４６に一時貯留された後、図示しない排水管により外部に排水される。
以上の構成によっても図１及び図２の除害装置１７と同様に機能させることができる。
以上の構成によっても図１及び図２の除害装置１７と同様に機能させることができる。
１７、４７ 除害装置
２１ ケース
２３ パイプ
２５ アノード電極
２７ カソード電極
２９ 管路
３１、５０ 給水管
３３ バブル発生装置
３５ 気泡
４０ 外側貯留槽
４２ 内側貯留槽
４４ 壁部
４６ 底部貯留槽
４１、４８ 水膜
２１ ケース
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２７ カソード電極
２９ 管路
３１、５０ 給水管
３３ バブル発生装置
３５ 気泡
４０ 外側貯留槽
４２ 内側貯留槽
４４ 壁部
４６ 底部貯留槽
４１、４８ 水膜
Claims (3)
- 吸入されたＰＦＣガスを含む排ガスをプラズマにより酸化することで無害化する除害装置であって、
アノード電極とカソード電極間に高電圧を印加して常圧中でプラズマを生成するプラズマ発生手段と、
Ｈ2Ｏに対し空気又はＯ2の気泡を混入する気泡混入手段とを備え、
前記プラズマ発生手段により発生されたプラズマの周囲に前記気泡の混入されたＨ2Ｏが接触することで前記排ガスが酸化促進されることを特徴とする除害装置。 - 前記カソード電極より前記アノード電極方向に向けて所定長分離れた位置より前記アノード電極に至るまで、又は、前記カソード電極より前記アノード電極方向に向けて所定長分離れた位置より前記アノード電極の手前所定長分に至るまで、前記プラズマの周囲を囲むように設けられたプラズマ貫通路を備え、
前記気泡の混入されたＨ2Ｏが該プラズマ貫通路の内表面を水膜状に流れることを特徴とする請求項１記載の除害装置。 - 請求項１又は請求項２記載の除害装置の上流側にプロセスチャンバより真空引きするための真空ポンプ及びドライポンプが備えられたことを特徴とする除害システム。
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